近期，我國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所秦曉英研究小組在鋰離子電池負(fù)極材料研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在JournalofMaterialsChemistryA(2015,18,9682-9688)上。

負(fù)極材料是鋰離子電池的重要組成部分，目前商業(yè)化的石墨材料存在的理論容量偏低問題(372mAh/g)，嚴(yán)重制約了高能量密度動力鋰電池的發(fā)展。因此，開發(fā)新的具有高充放電容量、安全經(jīng)濟(jì)的負(fù)極材料,是目前電池材料研究領(lǐng)域的重點之一。

Fe2O3作為鋰電負(fù)極材料，具有理論容量高(～1000mAh/g)、成本低、環(huán)境相容性好等優(yōu)點，因而受到廣泛關(guān)注。然而，F(xiàn)e2O3本身的導(dǎo)電性差，充放電過程中體積變化大，容易粉化，嚴(yán)重?fù)p害了其電化學(xué)性能。秦曉英領(lǐng)導(dǎo)的研究組,利用真空炭化金屬-有機(jī)絡(luò)合物的技術(shù)，制備出核殼結(jié)構(gòu)的γ-Fe2O3@C納米顆粒及其與多壁碳納米管(MWNT)的復(fù)合材料，并詳細(xì)研究了其電化學(xué)性能和電極活化過程。在100mA/g的電流密度下，經(jīng)過60次循環(huán)后，γ-Fe2O3@C/MWNT電極的容量穩(wěn)定在1139mAh/g，高于Fe2O3材料的理論容量。研究還發(fā)現(xiàn)，在不同的電流密度下，容量均呈現(xiàn)緩慢新增的趨勢，對應(yīng)著電極的緩慢活化過程。通過對不同階段電極的循環(huán)伏安測試和微結(jié)構(gòu)表征，發(fā)現(xiàn)γ-Fe2O3顆粒在循環(huán)過程中逐漸變成多孔囊泡狀結(jié)構(gòu)，形成大量含缺陷的界面，通過界面儲鋰的方式提高了容量，同時多孔結(jié)構(gòu)也促進(jìn)了Li+的快速傳輸;另一方面，表面的碳?xì)佑行У乇Ｗo(hù)了Fe2O3顆粒，抑制了其粉化，維持了電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此工作為新型負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計供應(yīng)了重要參考。